隨著新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，儲(chǔ)能成為又一高景氣賽道。
其中，釩電池儲(chǔ)能在政策驅(qū)動(dòng)和技術(shù)不斷成熟的加持下，市場(chǎng)滲透率有望進(jìn)一步提升。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2023年5月第三周，國(guó)內(nèi)已簽約釩液流儲(chǔ)能項(xiàng)目10個(gè)，合計(jì)裝機(jī)功率達(dá)2.9GW，是2022年已投運(yùn)釩電池儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的近15倍。
專注于開發(fā)、生產(chǎn)新型儲(chǔ)能產(chǎn)品的北京星辰新能科技有限公司首席科學(xué)家、中南大學(xué)化工學(xué)院教授劉素琴認(rèn)為，釩電池具備高安全性，非常適合應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能，目前釩電池儲(chǔ)能市場(chǎng)已處在爆發(fā)前夜。而據(jù)國(guó)際調(diào)研機(jī)構(gòu)Guidehouse Insights 預(yù)計(jì)，到2031年釩液流電池全球容量將超30GWh，相較于目前容量來(lái)說，市場(chǎng)空間廣闊。
據(jù)悉，釩電池降本路徑清晰，國(guó)內(nèi)廠商仍在通過提升關(guān)鍵材料性能與國(guó)產(chǎn)化等多種路徑降本增效。
釩電池產(chǎn)業(yè)化條件已成熟
從理論角度出發(fā)，釩電池循環(huán)壽命較長(zhǎng)、安全性較高，并且在全生命周期成本優(yōu)勢(shì)顯著;從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，劉素琴認(rèn)為，目前應(yīng)該沒有能夠阻止釩電池產(chǎn)業(yè)化的實(shí)質(zhì)性問題存在，通過長(zhǎng)期的實(shí)踐與技術(shù)迭代，釩電池已成為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化最成熟、可靠程度最高的技術(shù)路線之一。。
對(duì)于釩電池能量密度僅12～40Wh/kg且一度被認(rèn)為“無(wú)法通過技術(shù)手段彌補(bǔ)”的短板，劉素琴表示，事實(shí)并非如此。“釩電池能量密度主要由電解液的濃度決定。以常規(guī)的硫酸溶液為例，其飽和溶解度(即釩離子濃度)約1mol/L，但是通過一些添加，可以將以硫酸為主、甚至全硫酸的溶液做到至少2mol/L。同時(shí)，也可以做一些溶劑保持硫酸溶液的電化學(xué)活性。有文獻(xiàn)報(bào)道可制備出8mol/L的全釩液流電池電解液，即能量密度可達(dá)100Wh/kg，但是充放電性能還未得到印證。”劉素琴表示。
據(jù)悉，大連博融是國(guó)內(nèi)第一家大規(guī)模生產(chǎn)釩電解液的企業(yè)，已擁有年產(chǎn)1GWh的釩電解液生產(chǎn)線，其釩濃度可達(dá)1.5-2.0 mol/L;星辰新能的電解液釩濃度測(cè)試數(shù)據(jù)已達(dá)2.8 mol/L。
從終端市場(chǎng)來(lái)看，釩電池儲(chǔ)能可以涵蓋發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)。
“釩電池在這三大領(lǐng)域中的規(guī)模大小略有不同。比如發(fā)電側(cè)根據(jù)太陽(yáng)能和風(fēng)能的分布情況儲(chǔ)能規(guī)?？纱罂尚?電網(wǎng)側(cè)涉及到智能電網(wǎng)，規(guī)模相對(duì)來(lái)說更大;用電側(cè)則根據(jù)用戶規(guī)模的大小而定。”劉素琴稱。
聯(lián)儲(chǔ)證券統(tǒng)計(jì)顯示，2022年國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的釩電池新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模為0.2GW。截至2023年5月第三周，國(guó)內(nèi)已招標(biāo)釩液流電池系統(tǒng)項(xiàng)目6個(gè)，合計(jì)招標(biāo)功率超過44MW，參與投資的企業(yè)多為上海電氣(601727.SH)、華潤(rùn)電力(00836.HK)、國(guó)家電投等國(guó)企。
星辰新能董秘許曉晨表示，現(xiàn)階段而言，電化學(xué)儲(chǔ)能中鋰電還是占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，釩電池主要通過降本、技術(shù)的提升取得一些特殊場(chǎng)景的市場(chǎng)份額。“液流電池技術(shù)在大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能以及一些對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中比較有優(yōu)勢(shì)。”
電解液和電堆，釩電池多路徑降本
電解液和電堆是釩電池成本的重要組成部分，分別占總成本的41%、37%。
其中，電解液是釩電池的關(guān)鍵材料，可通過提高效率和租賃等方式降本。
現(xiàn)有釩電解液主要通過V2O5(五氧化二釩)與稀硫酸混合電解獲得。“提升電解液的利用率實(shí)際上就是在充放電的電壓范圍內(nèi)提升它的活性，可以通過在電解液中添加一些添加劑，以及在電極表面增加一些催化劑等多種方法結(jié)合的形式。”劉素琴稱，電解液利用率的提升，可有效減少電解液、特別是V2O5的用量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降本的目標(biāo)。
《全釩液流電池的技術(shù)進(jìn)展、不同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)系統(tǒng)的價(jià)格分析及展望》中顯示，如果電解液的利用率為70%，實(shí)際上儲(chǔ)存1kWh的電能大約需要 8kg的 V2O5;若把電解液的利用率提高到 80%，實(shí)際上儲(chǔ)存1kWh的電能，大約僅需要 7kg的 V2O5。
從租賃降本路徑來(lái)看，許曉晨表示，釩電池電解液的天然屬性特別適合做租賃。“首先，電解液液罐體積較大，不容易來(lái)回挪動(dòng)，存儲(chǔ)相對(duì)固定，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對(duì)租賃物跟蹤監(jiān)控;其次，在釩電池的生命周期時(shí)間尺度上，釩價(jià)是相對(duì)穩(wěn)定可控的。租賃模式可以大幅減少業(yè)主和客戶的初裝成本，使客戶對(duì)技術(shù)方案的選擇更多集中在應(yīng)用場(chǎng)景的適配性，而非單純的初始建設(shè)成本。”
據(jù)大連博融旗下大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司副總經(jīng)理、安徽海螺融華儲(chǔ)能科技有限公司副總經(jīng)理鄒毅在第十一屆儲(chǔ)能國(guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)上介紹，其釩電池電解液租賃模式已在“樅陽(yáng)海螺水泥6MW36MWh項(xiàng)目”中首次應(yīng)用。
據(jù)悉，早在2020年9月，英國(guó)全釩液流電池供應(yīng)商Invinity和美國(guó)礦產(chǎn)開發(fā)與釩生產(chǎn)商Bushveld公司合作創(chuàng)立的VERL(Vanadium Electrolyte Rental Limited)公司便與Pivot Power簽訂合同，會(huì)為其提供十年的電解液租賃。
鄒毅介紹，使用電解液租賃模式后，相當(dāng)于電解液初始投入成本絕大部分被免去，初始投入約是購(gòu)買模式的一半。未來(lái)電解液租賃模式將成為推動(dòng)釩電池儲(chǔ)能商業(yè)應(yīng)用的重要模式。
許曉晨稱，從出租方的角度考慮，電解液租賃業(yè)務(wù)若要持續(xù)開展、且各方均能從中獲益，還需要滿足以下幾個(gè)條件。一是電解液出租企業(yè)要對(duì)釩資源有一定的掌控力，能夠持續(xù)保障電解液的原材料來(lái)源;二是需要有一定的資金體量在背后做支持，能夠滿足持續(xù)采購(gòu)電解液的資金需求。當(dāng)然，通過一些金融工具，可以優(yōu)化業(yè)務(wù)的現(xiàn)金流，比如租賃出去的電解液會(huì)形成應(yīng)收賬，公司可以通過ABS(AssetBackedSecuritization，即資產(chǎn)證券化)或類似REITs基金等方式將應(yīng)收賬款做成證券化處理，從而減少前端的資金壓力。
電堆環(huán)節(jié)中，質(zhì)子交換膜自主可控性不斷增強(qiáng)，且國(guó)內(nèi)產(chǎn)品價(jià)格較國(guó)外相比有明顯下降。
其中，江蘇科潤(rùn)的Nepem-11系列使用全新流延法工藝制造，在流延過程中添加阻釩性能好的新型氟樹脂混合配方。釩滲透率減少80%、彈性模量(420MPa)高于Nafion、斷裂伸長(zhǎng)率(120%)較小、電導(dǎo)率(0.1S/cm)優(yōu)于行業(yè)主流產(chǎn)品——科慕的Nafion全氟磺酸樹脂交換膜，機(jī)械強(qiáng)度和含水率相差無(wú)幾。
東岳集團(tuán)(0189.HK)子公司東岳未來(lái)氫能是國(guó)內(nèi)少數(shù)實(shí)現(xiàn)全氟質(zhì)子交換膜全產(chǎn)業(yè)鏈量產(chǎn)技術(shù)突破，并擁有大規(guī)模供應(yīng)能力的企業(yè)。東岳未來(lái)氫能 150 萬(wàn)平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程已于 2020 年 11 月正式投產(chǎn)。
大連物化所成功制備出空隙率高、孔徑分布均勻、貫通性好的多孔離子傳導(dǎo)膜，利用該膜組裝的單電池，在80mA/cm2充放電條件下，能量效率超過90%。
價(jià)格方面，許曉晨表示，此前Nafion的采購(gòu)價(jià)格曾高達(dá)10000元/平方米，現(xiàn)在降到5000元/平方米以下，甚至?xí)?國(guó)產(chǎn)化全氟磺酸質(zhì)子交換膜的采購(gòu)基本上能降到約1000元/平方米，量大的話每平方米還可以降到1000元以下。
除江蘇科潤(rùn)、大連物化所外，國(guó)內(nèi)億華通-U(688339.SH)旗下的上海神力、國(guó)潤(rùn)儲(chǔ)能等都自主創(chuàng)新開發(fā)了更低成本的質(zhì)子交換膜。
來(lái)源：一財(cái)網(wǎng)
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